[发明专利]GaN器件结构及其制备方法

说明书

本发明提供一种GaN器件结构及其制备方法，制备方法包括：提供半导体基底，进行碳化形成碳化硅层，形成外延结构，形成器件电极，形成窗口，在半导体基底背面制备背孔，形成散热腔，液冷自背孔通入并基于散热腔实现散热。本发明通过基底中的氧化层定义液冷的沟道位置，通过氧化层的刻蚀形成液冷散热通道，通过液冷散热流经器件有效区，大大增强了散热效果，无需传统的衬底背部减薄工艺，金属热沉键合工艺；本发明可以基于背孔及其布置进一步优化散热效果，并且，背孔还可以同时作为形成散热腔的开口；另外，可以通过正面开窗形成散热腔并实现器件的有效隔离，同时还可以进一步增强散热，提高工艺效率。

技术领域

本发明属于半导体器件制造技术领域，特别是涉及一种GaN器件结构及其制备方法。

背景技术

GaN材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，被誉为是继第一代Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好(几乎不被任何酸腐蚀)等性质和强的抗辐照能力。

氮化镓作为第三代宽禁带半导体的典型代表，具有优良的物理和化学特性，非常适于研制高频、高压、高功率的器件和电路。GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件具有耐压高、输出功率密度高、耐高温以及工作频率高等特点，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景，在军用和民用的微波功率领域有广泛的应用前景。

其中，GaN材料由于其高迁移率，大禁带宽度等特点，可用于大功率器件。大功率器件在工作时，需对产生的热量进行及时散热，否则会影响器件性能，产生可靠性问题。然而，传统的散热方法是对GaN器件进行衬底减薄，再贴装金属热沉，但减薄工艺繁琐，存在晶圆碎裂等风险，而且减薄后的晶圆始终存在缓冲层等热阻较高材料，降低了整体散热。

因此，如何提供一种GaN器件结构及制备方法，以解决现有技术中的上述问题实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种GaN器件结构及制备方法，用于解决现有技术中GaN器件难以有效散热以及传统散热工艺复杂等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种GaN器件结构的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

提供半导体基底，所述半导体基底自下而上包括衬底层、氧化层以及牺牲硅层；

对所述牺牲硅层进行碳化处理，以得到碳化硅层；

在所述碳化硅层上形成外延结构，所述外延结构至少包括GaN沟道层及势垒层；

在所述势垒层的表面所在的平面内定义出有效区，至少在所述有效区中制备器件电极，所述器件电极包括栅极电极、源极电极和漏极电极；

在所述有效区两侧制备窗口，所述窗口延伸至所述半导体基底中显露所述氧化层的正面，且所述窗口横跨各个器件电极；

在形成有所述窗口的器件结构表面贴置载片并翻转；

自所述半导体基底的背面进行刻蚀形成背孔，所述背孔显露所述氧化层的背面；

基于所述背孔或者所述窗口去除所述有效区处的所述氧化层，以形成散热腔，所述散热腔与所述背孔连通，液冷自所述背孔通入并基于所述散热腔实现GaN器件的散热。

可选地，所述半导体基底的形成方式包括：提供SOI衬底以构成所述半导体基底。

可选地，所述半导体基底的形成方式包括：提供硅衬底，再通过离子注入在所述硅衬底中形成所述氧化层，同时得到所述衬底层及所述牺牲硅层。

可选地，形成所述碳化硅层的方式包括：

将所述半导体基底置于反应腔中；